DE3622688A1 - Verfahren zur herstellung von zementklinker und so(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltigen abgasen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von zementklinker und so(pfeil abwaerts)2(pfeil abwaerts)-haltigen abgasenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Herstellung von Zementklinker und SO2-haltigen Abgasen
aus Schwefel und Kalzium enthaltenden Ausgangsstoffen, wie
REA-Produkten, Abfall- und Nebenprodukten wie z.B.
Phosphorgips, Anhydrit oder Naturgips.
Die Herstellung von Schwefelsäure aus Gips ist als
Müller-Kühne-Verfahren seit langem bekannt (Z. Angewandte
Chemie 38, 794-795 (1925); 39, 169-174 (1926);
Chem.Ing.Tech. 21 (11/12), 227-229 (1949)). Als Rohstoffe
dienen Anhydrit und Naturgips sowie Abfallgips aus
chemischen Prozessen. Außerdem werden Koks und
Zuschlagstoffe wie Ton, Sand und Eisenoxid benötigt. Das
Kalziumsulfat wird in einem Drehrohrofen bei 900 bis
1400°C gespalten. Dabei entstehen SO2-Gas und
Zementklinker. Das SO2 wird in einer angeschlossenen
Kontaktanlage zu Schwefelsäure verarbeitet (Ullmann
4. Auflage, Band 21, S. 51/52).
Das bekannte Verfahren ist mit erheblichen Nachteilen
verbunden. Es ist gegenüber anderen Verfahren zur
Schwefelsäureherstellung selbst dann nicht
konkurrenzfähig, wenn der Klinker zu Portlandzement
verarbeitet wird und dadurch ein Teil der hohen Kosten
abgedeckt wird. Aus wirtschaftlichen Gründen sind daher
schon lange keine entsprechenden Anlagen mehr gebaut
worden.
Da bei der wirtschaftlich unverzichtbaren Herstellung von
Zementklinker im Drehrohrofen Temperaturen von 1400°C
erforderlich sind - obwohl für die reduzierende Spaltung
von Kalziumsulfat eine Temperatur oberhalb von 900°C
genügt - muß man nicht nur eine vergleichsweise teure
Feuerfestausstattung vorsehen, es treten zwangsläufig auch
unnötig hohe Wärmeverluste und insbesondere unzulässig
hohe Konzentrationen von Stickoxiden im Abgas auf.
Der größte Nachteil bei dem bekannten Verfahren besteht
aber darin, daß das Abgas nur einen Anteil von 7 bis
10 Vol.% SO2 enthält. Für die Schwefelsäureherstellung
steht also nur ein Gas mit sehr hohem "Ballast-Anteil" zur
Verfügung, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens
erheblich beeinträchtigt wird.
Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, mit dem diese Nachteile
überwunden werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß bei dem
eingangs genannten Verfahren
- a) die Ausgangsstoffe mit Zuschlägen gemischt, getrocknet, vorgewärmt und zu einem feinkörnigen Rohmaterial aufbereitet werden,
- b) das feinkörnige Rohmaterial in einem aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung gebildeten Zirkulationssystem unter Zugabe von Brennstoff, Reduktionsmitteln und Verbrennungsluft in reduzierender Atmosphäre bei 900 bis 1100°C behandelt und ein im wesentlichen von Schwefelverbindungen freies, kalziumhaltiges Zwischenprodukt und ein SO2-reiches Abgas erhalten wird,
- c) das Zwischenprodukt im Abscheider vom Abgas getrennt und in einem Brennofen unter Zugabe von Brennstoff und Verbrennungsluft zu Zementklinker gebrannt wird und
- d) das SO2-reiche Abgas entstaubt, indirekt gekühlt und danach einer Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure zugeführt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem
gattungsbildenden Verfahren in erster Linie dadurch, daß
gasseitig eine Aufspaltung vorgenommen wurde, indem für
die Spaltung des Kalziumsulfats einerseits und für die
Klinkerherstellung andererseits gesonderte Vorrichtungen
verwendet werden, wodurch es möglich ist, die jeweiligen
Abgase getrennt zu halten und einer getrennten weiteren
Verarbeitung bzw. Ausnutzung zuzuführen. Dadurch wird für
die Schwefelherstellung ein Abgas gewonnen, das eine
wesentlich höhere SO2-Konzentration, nämlich von etwa
20 Vol.%, aufweist und dementsprechend wirtschaftlicher zu
verarbeiten ist.
Außerdem weisen die Abgase des Zirkulationssystems
praktisch keine Stickoxide auf, so daß insoweit eine
besondere Reinigung entfällt, was sich ebenfalls
wirtschaftlich positiv auswirkt. Das gilt - je nach Wahl
des Brennofens - auch für die Klinkerherstellung. Aber
selbst wenn dort mit deutlich höheren Temperaturen
gearbeitet wird (z.B. Drehrohrofen) bleibt eine
Verunreinigung mit Stickoxiden auf einen Teilgasstrom
beschränkt, dessen Reinigung dann auch nur einen Teil des
Aufwandes erfordert, der für die Reinigung der Abgase
insgesamt erforderlich wäre.
Damit ist ein wirtschaftliches Verfahren angegeben, das
insbesondere im Hinblick auf die wachsenden Mengen von
sogenannten REA-Produkten, also von gipshaltigen Abfällen
aus Rauchgasentschwefelungsanlagen, bedeutsam ist. Von den
dort anfallenden Mengen ist nur ein Teil ohne besondere
Aufarbeitung als Gipsprodukt verwendbar. Außerdem sind die
Mengen größer als der Gipsbedarf, so daß für die
REA-Produkte zwangsläufig Deponieprobleme entstehen, wenn
keine anderweitige Verwendung in Betracht kommt. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren können die wachsenden Mengen
gipshaltiger Abfälle aus REA-Anlagen nunmehr
wirtschaftlich zu verkaufsfähigen Produkten verarbeitet
werden.
Vorteilhafte Gestaltungen und Varianten des
erfindungsgemäßen Verfahrens sind aus den
Unteransprüchen 2 bis 11 ersichtlich. Weitere Einzelheiten
und Vorteile werden anhand des in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert:
In dem Schaltbild gemäß Fig. 1 wird das aufbereitete,
feinkörnige Rohmaterial über die Leitung (1) in eine
Fördereinrichtung (2) aufgegeben und mittels dieser in den
vom Zyklon-Abscheider (8) aufsteigenden Abgasstrom
eingespeist. Das Feststoff-Gasgemisch gelangt dann in den
Venturi-Trockner (3) und von dort über die Leitung (4) in
den Zyklonabscheider (5). Das getrocknete Rohmaterial wird
dann über die Leitung (6) in den vom Drehrohrofen (14)
aufsteigenden Abgasstrom eingebracht und in den
Venturi-Vorwärmer (7) und weiter in den
Zyklon-Abscheider (8) gefördert. Von hier aus gelangt das
Rohmaterial über die Leitung (9) in den
Wirbelschichtreaktor (10), während das abgetrennte Abgas
zur Trocknung und Förderung des Rohmaterials vom
Venturi-Trockner (3) zum Zyklon-Abscheider (5) benutzt
wird, wo es wiederum vom Rohmaterial getrennt und über die
Leitung (31) einer Entstaubungseinrichtung und ggf. einer
weiteren Wärmeausnutzung zugeführt wird.
Das getrocknete und vorgewärmte Rohmaterial wird im
Wirbelschichtreaktor (10) in reduzierender Atmosphäre auf
900 bis 1100°C erhitzt. Über die Leitung (33) wird dazu
Brennstoff, über das Gebläse (22), den Vorwärmer (21) und
die Leitung (25) wird Primärluft und über die Leitung (32)
Sekundärluft in den Wirbelschichtreaktor (10) eingegeben.
Ferner können über die Leitung (34) noch dosiert
Reduktionsmittel zugegeben werden, soweit sie nicht
bereits bei der Aufbereitung des Rohmaterials eingebracht
wurden.
Der Wirbelschichtreaktor (10) bildet mit dem
Abscheider (11) und der Rückführleitung (12) ein
Zirkulationssystem, in dem das Rohmaterial im Kreislauf
geführt wird, wobei durch Abspaltung von SO2 ein von
Schwefelverbindungen im wesentlichen freies,
kalziumhaltiges Zwischenprodukt entsteht. Das
Zwischenprodukt wird über die Leitung (13) in den
Drehrohrofen (14) eingebracht, während das SO2-reiche
Abgas aus dem Abscheider (11) über die Leitung (28) einem
Kühler (29) und dann über die Leitung (30) einer Anlage
zur Herstellung von Schwefelsäure zugeführt wird. Das
SO2-reiche Abgas wird im Kühler (29) indirekt gekühlt,
in dem Wärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für das
Zirkulationssystem und/oder zur indirekten Trocknung und
Vorwärmung der Ausgangsstoffe und Zuschläge verwendet wird
(diese Alternativen sind im Schaltbild nicht dargestellt).
In der Rückführleitung (12) wird das feinkörnige
umlaufende Material durch vom Gebläse (26) über die
Leitung (27) eingespeiste Fluidisierungsluft im
Schwebezustand gehalten, so daß es leicht vom
Abscheider (11) in den Wirbelschichtreaktor (10) fließen
kann.
Der Drehrohrofen (14) wird über das Gebläse (16) mit
Verbrennungsluft und über die Leitung (15) mit Brennstoff
versorgt. Das kalziumhaltige Zwischenprodukt, das über die
Leitung (13) eingespeist wird, wird im Drehrohrofen (14)
langsam von links nach rechts gefördert und dabei zu
Zementklinker gebrannt, der am rechten Ende des
Drehrohrofens (14) gezogen und in den Klinkerkühler (17)
übergeben wird. Er wird hier durch die mittels
Gebläsen (9) geförderte Luft gekühlt und über die
Leitung (18) abgezogen.
Die im Klinkerkühler erwärmte Luft wird teils direkt in
den Drehrohrofen (14) abgegeben, teils über die
Leitung (20) zum Vorwärmer (21) geleitet und teils über
die Leitung (25 a) mit der vom Vorwärmer (21) über
Leitung (24) zurückkommenden Luft gemischt und direkt
einer Entstaubungseinrichtung (nicht dargestellt)
zugeführt. Ein Teil der Abgase aus dem Drehrohrofen (14)
wird über die Leitung (32) als Sekundärluft in den
Wirbelschichtreaktor (10) eingebracht.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beispielsweise
aus 2,9 t Rohmaterial mit etwa folgender Zusammensetzung:
76% Phosphorgips
14% REA-Produkt
7% Ton und
3% Quartzsand sowie
14% REA-Produkt
7% Ton und
3% Quartzsand sowie
noch geringen Mengen an die thermische Spaltung des
Kalziumsulfats fördernden Zuschlagstoffen 1 t
Schwefelsäure und 1 t Zementklinker hergestellt werden.
Das Rohmaterial wird mit 1 bis 20% Feuchtigkeit
aufgegeben. Bei der Verwendung von Steinkohle mit einem
unteren Heizwert von rund 27 200 KJ/Kg beträgt der
Gesamtwärmeverbrauch etwa 7322 KJ pro Kg Zementklinker,
wobei etwa 40% des Brennstoffs in den
Wirbelschichtreaktor (10) und ca. 60% in den
Drehrohrofen (14) aufgegeben werden.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von Zementklinker und
SO2-haltigen Abgasen aus Schwefel und Kalzium
enthaltenden Ausgangsstoffen, wie REA-Produkten,
Abfall- und Nebenprodukten wie z.B. Phosphorgips,
Anhydrit oder Naturgips, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Ausgangsstoffe mit Zuschlägen gemischt, getrocknet, vorgewärmt und zu einem feinkörnigen Rohmaterial aufbereitet werden,
- b) das feinkörnige Rohmaterial in einem aus Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung gebildeten Zirkulationssystem unter Zugabe von Brennstoff, Reduktionsmitteln und Verbrennungsluft in reduzierender Atmosphäre bei 900 bis 1100°C behandelt und ein im wesentlichen von Schwefelverbindungen freies, kalziumhaltiges Zwischenprodukt und ein SO2-reiches Abgas erhalten wird,
- c) das Zwischenprodukt im Abscheider vom Abgas getrennt und in einem Brennofen unter Zugabe von Brennstoff und Verbrennungsluft zu Zementklinker gebrannt wird und
- d) das SO2-reiche Abgas entstaubt, indirekt gekühlt und danach einer Anlage zur Herstellung von Schwefelsäure zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das SO2-reiche Abgas zur indirekten Vorwärmung der
Verbrennungsluft für das Zirkulationssystem und/oder
zur indirekten Trocknung und Vorwärmung der
Ausgangsstoffe und Zuschläge verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Abgas des Brennofens zur
Trocknung und Vorwärmung des feinkörnigen Rohmaterials
verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teil des Brennofen-Abgases dem
Wirbelschichtreaktor zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die gebrannten Zementklinker in
einem Klinkerkühler mit Luft gekühlt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Teilstrom der Abluft des
Klinkerkühlers entstaubt und zur indirekten Vorwärmung
der Verbrennungsluft für das Zirkulationssystem
verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das feinkörnige Rohmaterial
mittels des SO2-reichen Abgases des
Zirkulationssystems indirekt und/oder mittels des
Brennofenabgases direkt getrocknet und vorgewärmt
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trocknung und Vorwärmung des
feinkörnigen Rohmaterials mittels Brennofenabgas in
Venturitrocknern erfolgt, denen gasseitig
Zyklonabscheider nachgeschaltet sind.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß als Brennofen ein kurzer
Drehrohrofen verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß als Brennofen ein
Wirbelschichtreaktor verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, das als Brennofen ein aus
Wirbelschichtreaktor, Abscheider und Rückführleitung
gebildetes Zirkulationssystem verwendet wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |